Conectoma Métodos para

analizar los circuitos

neurales

Atlas genético Estudio de la

expresión de los genes

en el cerebro

Diagnóstico precoz ¿Neuroimágenes

para predecir

trastornos mentales?

Cartografiar el cerebroTécnicas y megaproyectos

para descifrar la complejidad cerebral

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Monográficos de psicología y neurociencias3.er cuatrimestre 2017 · N.º 18 · 6,90 € · investigacionyciencia.es

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PRESENTACIÓN

Descubrir los enigmas del cerebro

Hace más de cien años, el anatomista Korbinian Brodmann y el matrimo-

nio de científicos Vogt comenzaron a estudiar de manera sistemática la corteza cerebral. Empleaban para ello las técnicas de estudio de los tejidos y la microscopía. De su mi-nucioso trabajo surgieron las pri-meras cartografías cerebrales.

Ahora, más de un siglo después, las técnicas de neuroimagen mo-dernas, como la resonancia magné-tica funcional o la tomografía por emisión de positrones, permiten analizar la estructura fisiológica y funcional del cerebro de forma más detallada y en vivo. A su vez, estos avances han propiciado que surjan diversos proyectos internacionales, entre ellos el estadounidense BRAIN (acrónimo en inglés de In-vestigación del Cerebro mediante Neurotécnicas Avanzadas e Innova-

doras) y el europeo Proyecto Cere-bro Humano. Con ellos se busca alcanzar uno de los mayores retos científicos: descifrar el funcio-namiento del cerebro humano.

Esta nueva entrega de Cuadernos de Mente y Cerebro repasa, a través de catorce artículos publicados en las revistas Investigación y Ciencia y Mente y Cerebro, los avances téc-nicos y las iniciativas científicas puestas en marcha para lograr, al-gún día, una cartografía cerebral personalizada. Entre los expertos autores se encuentra el neurobiólo-go Rafael Yuste, ideólogo del pro-yecto BRAIN [véase «El nuevo siglo del cerebro», Rafael Yuste y George M. Church, pág. 18].

El lector también hallará en estas páginas imágenes coloridas y es-pectaculares que reproducen redes neuronales y estructuras encefáli-cas, así como la genómica cerebral.

Con todo, estos progresos susci-tan controversia. ¿Servirán las neu-roimágenes para defender a los acusados ante los tribunales y exi-mirles de responsabilidades? ¿Per-mitirá la cartografía cerebral prede-cir los resultados académicos y la conducta de los hijos? Aunque tam-bién abren esperanzas en el ámbito clínico: quizás algún día se consi-gan mapas cerebrales personaliza-dos que ayuden al diagnóstico pre-coz de las demencias y los trastornos mentales.

Cuando, en 1884, el psicólogo italiano Angelo Mosso desarrolló su «balanza de la circulación huma-na», poco debía fantasear con que en el siglo xxi las técnicas de neu-roimagen se basarían en su mismo principio: existe una relación entre el flujo sanguíneo y la actividad ce-rebral. Pasen y lean.

—La redacción

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Cartografía cerebral obtenida a partir de imágenes por tensor de difusión.

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EN ESTE NÚMERO

1 Presentación Descubrir los enigmas del cerebro. Por la redacción

Pasado y presente

Fisiología

4 La máquina que pesaba la actividad cerebral

Hace unos 130 años, el psicólogo Angelo Mosso desarrolló un aparato para medir el flujo sanguíneo en el cerebro. Por Anna Gielas

Áreas cerebrales

10 Brodmann y la cartografía cerebral

En 1909, Korbinian Brodmann finalizó el mapa que permitiría orientarse en la topografía del cerebro y pondría los fundamentos del análisis actual de la estructura y función cerebrales. Por José María Valderas

Conectoma

18 El nuevo siglo del cerebroLas técnicas modernas de observación y

control neural allanan el camino para conocer el modo en que el cerebro genera nuestros pensamientos y emociones. Por Rafael Yuste y George M. Church

Megaproyectos

26 Objetivo: descifrar el cerebroEuropa y Estados Unidos han previsto

inversiones multimillonarias para averiguar cómo funciona nuestro órgano pensante. Por Alison Abbott

Técnicas

Neuroimágenes

32 Primeros planosLas técnicas de neuroimagen ofrecen

atractivas fotografías científicas. Por Ann Chin y Sandra Upson

Resonancia magnética

38 Cartografía cerebral en vivoLos investigadores prevén trazar, mediante

tomografía por resonancia magnética de alta densidad, mapas cerebrales detallados y personalizados de personas vivas. Por Stefan Geyer y Robert Turner

Tensor de difusión

44 Tras las vías nerviosas de la sustancia blanca

La imagen por tensor de difusión permite seguir el rastro de las moléculas de agua en el cerebro. Esta técnica descubre el curso de las fibras nerviosas que comunican diversas áreas cerebrales. Por Rainer Goebel y Jan Zimmermann

Cerebroiridiscencia

52 Conexiones cerebrales polícromasLa técnica Brainbow arroja luz sobre la

función y el desarrollo de los circuitos neuronales.Por Diana Kwon y Liz Tormes

Atlas genético

58 Geografía genética del cerebroLos primeros mapas sobre la actividad de los

genes en nuestro cerebro ponen en entredicho la teoría actual sobre el funcionamiento de nuestra materia gris. Por Ed Lein y Mike Hawrylycz

Usos y controversia

Diagnosis

66 Diagnóstico precoz con técnicas de neuroimagen

Investigan un programa informático que reconoce de forma automática la demencia a partir de neuroimágenes. Por Stefan Klöppel

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Escáner predictor

70 Neuroimágenes proféticasPretenden predecir el rendimiento y la

conducta de los individuos a partir de la actividad de su cerebro. Por Christian Wolf

Cartografía individual

76 El cerebro, un órgano personalNo todos los cerebros trabajan igual: cada uno

presenta sus propias características. La neurociencia orientada al individuo se halla cada vez más cerca de convertirse en una realidad. Por Christian Wolf

Neuroescepticismo

82 Una ciencia controvertidaMuchas personas ven las explicaciones de la

neurociencia con escepticismo: la mente es algo más que el simple impulso de las neuronas. Por Steve Ayan

86 La neurointerdisciplinariedad: ¿realidad fecunda o publicidad engañosa?Por Fernando Vidal

Criminología

90 Tomografías y resonancias cerebrales ante los tribunales

¿Permiten las imágenes cerebrales determinar la culpabilidad o la inocencia de una persona? Por Scott T. Grafton, Walter P. Sinnott-Armstrong, Suzanne I. Gazzaniga y Michael S. Gazzaniga

Colaboradores de este númeroAsesoramiento y traducción:

Francesc Asensi: La máquina que pesaba la actividad cerebral, Cartografía cerebral en vivo, Tras las vías nerviosas de la sustancia

blanca, Conexiones cerebrales polícromas, Neuroimágenes proféticas; Sara Arganda; El nuevo siglo del cerebro, Geografía genética del cere-bro; Luis Bou: Objetivo: descifrar el cerebro; Núria Estapé: Primeros planos; Laura Carasusán e Ignacio Navascués: El cerebro, un órgano

personal; Ignacio Navascués: Diagnóstico precoz con técnicas de neuroimagen; Noelia de la Torre: Una ciencia controvertida; Marián

Beltrán: Tomografías y resonancias cerebrales ante los tribunales

Portada: Cortesía del Laboratorio de Neuroimagen y del Centro Martinos de Imágenes Biomédicas, Consorcio del Proyecto Conectoma Humano (www.humanconnectomeproject.org)

Mente y CerebroDirectora general: Pilar Bronchal Garfella

Directora editorial: Laia Torres CasasEdiciones: Yvonne Buchholz, Anna Ferran Cabeza,

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Secretaría: Purificación Mayoral MartínezAdministración: Victoria Andrés Laiglesia

Suscripciones: Concepción Orenes Delgado, Olga Blanco Romero

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PASADO Y PRESENTE

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El dispositivo aúlla. Las tablas de madera que conforman su base crujen de vez en cuando. Con razón: sobre ellas yace un hombre adulto. El aparato se asemeja a una balanza. Pero no lo es; al menos no una convencional.

En 1884, Angelo Mosso (1846-1910), investigador italiano pionero de la neurología moderna, construyó la «balanza de la circulación humana». Mosso, persona razonable y práctica, estaba convencido de que el aporte sanguíneo a la cabeza se hallaba íntimamente relaciona-do con la función cerebral. Su báscula serviría para de-

mostrar la relación entre el flujo de sangre en el cerebro y el rendimiento cognitivo.

En su laboratorio de Turín, las personas se acostaban sobre el invento. Permanecían allí tumbadas, inmóviles, durante unos minutos hasta que la balanza se quedaba en equilibrio. Cuando el investigador pedía a los pro-bandos que solucionaran mentalmente un cálculo matemático, la parte del dispositivo que ocupaba la cabeza de la persona acostada se deslizaba hacia abajo. Para proporcionar al cerebro suficientes oxígeno y energía durante el ejercicio cognitivo, el cuerpo bom-beaba un aporte adicional de sangre. Esa cantidad mí-

FISIOLOGÍA Hace unos 130 años, el psicólogo italiano Angelo Mosso desarrolló un aparato para medir el flujo sanguíneo durante

la ejecución de una tarea mental. Las técnicas de neuroimagen actuales se apoyan en el principio básico de ese antiguo invento

La máquina que pesaba

la actividad cerebralA N N A G I E L A S

1El médico italiano Angelo Mosso (1846-1910) creó un ingenioso aparato de labo-

ratorio que permitía medir fe-nómenos fisiológicos en las personas.

En síntesis: Sutileza afortunada

2En 1884 construyó una balanza que demostra-ba el incremento del

aporte sanguíneo en el ce-rebro durante una tarea mental.

3Las actuales técnicas de neuroima-gen, tales como la tomografía funcio-nal por resonancia magnética, se ba-

san en el mismo principio sobre el que se asienta la «balanza de la circulación hu-mana» de Mosso.

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Angelo Mosso (1846-1910) procedía de una familia de artesanos. Se crió en Chieri, cerca de

Turín. Después de sus estudios de medicina y unos años como asistente en diversos laborato-

rios europeos, en 1879 obtuvo la cátedra de fisiología de la Universidad de Turín, donde cons-

truyó sus dispositivos pioneros.

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nima de flujo extra parecía suficiente para que la balan-za se desequilibrara.

Todos los experimentos actuales con técnicas de neu-roimagen se basan en la idea principal de Mosso: las diversas actividades mentales (pensar y percibir, entre otras) se hallan relacionadas con el suministro de sangre al cerebro. Hoy en día, los neurólogos se sirven de la tomografía funcional por resonancia magnética para medir la irrigación sanguínea de las distintas regiones cerebrales y relacionarla con actividades psíquicas con-cretas.

En su época, los registros gráficos de Mosso desper-taron entusiasmo entre la población: pronto se podrían descifrar los misterios de la psique mediante investiga-ciones fisiológicas. En 1908, se le propuso como candi-dato para el premio Nobel de medicina.

Mosso procedía de una familia humilde. Hijo de ma-dre costurera y padre carpintero, nació el 30 de mayo de 1846 en Chieri, una pequeña ciudad cercana a Turín. Desde pequeño ayudaba en la carpintería paterna. Ya de adulto, los conocimientos que había adquirido durante la práctica del oficio familiar le permitieron fabricar con sus propias manos numerosos aparatos para la exploración fisiológica. Pero, antes de ello, su madre se obstinó en que cursara estudios universitarios.

Para financiarse la carrera de medicina, Mosso com-binó la formación académica con diversos trabajos, entre ellos, el de profesor particular. En 1870 obtuvo el docto-rado por la Universidad de Turín con una investigación que versaba sobre el crecimiento de los huesos.

Sus viajes posteriores por toda Europa le llevaron a colaborar con los fisiólogos y los médicos más reconoci-dos del viejo continente. En el laboratorio de Carl Ludwig (1816-1895), en Leipzig, inició sus experimentos sobre lo que se convertiría en el caballo de batalla de sus cerca de 40 años de dedicación científica: la representación

gráfica de fenómenos fisiológicos. De su experiencia científica en París obtuvo los conocimientos que le ayu-darían en sus ensayos con la balanza. Aprendió cómo se podían tener en cuenta las oscilaciones básicas del volu-men sanguíneo en el cerebro (causadas por la respiración, por ejemplo) durante la exploración de los pacientes.

Inquieto y curiosoRegresó a Turín en 1875 con motivo de su nombramien-to como profesor universitario. En Italia continuó con el estudio sobre el funcionamiento del sistema circulatorio. Cuatro años más tarde consiguió uno de sus objetivos: obtener la cátedra de fisiología de la universidad turinesa.

El por entonces inexperto profesor ejerció una influen-cia decisiva en la escuela italiana de fisiología experimen-tal. Incluso adquirió fama más allá de las fronteras de su país. En torno al cambio de siglo, el laboratorio de Mosso atrajo a investigadores de todo el mundo. Entre ellos, Harvey Williams Cushing (1869-1939), médico estadounidense al que se considera padre de la neuroci-rugía. Cushing se interesó por los experimentos que el científico italiano llevaba a cabo en relación a la presión intracraneal. Los trabajos pioneros de Mosso sobre la enfermedad de altura le llevaron a convertirse en 1893 en uno de los primeros anatómicos en investigar los efectos de las grandes alturas en el cuerpo humano. Dos años más tarde fundó, en Monte Rosa, un macizo de los Alpes Peninos, una estación científica para investigar la climatología de alta montaña y la fisiología respiratoria.

Autor de más de 170 trabajos y algunos libros, Mosso ejerció de rector de la Universidad de Turín durante los años 1899 y 1900. En 1904 recibió la propuesta de con-vertirse en senador de su país, encargo que aceptó no tanto por su trayectoria profesional como por su talante inquieto y enérgico. Cuando, preocupados por su salud, los médicos le recomendaron que se jubilara y evitara

La «balanza de la circulación humana» de Angelo Mosso consistía en una báscula de brazos dotada de contrapesos sobre la que una persona ya-cía inmóvil. Cuando el sujeto llevaba a cabo un ejercicio in-telectual (un cálculo mental), se incrementaba el flujo san-guíneo en su cerebro y la ba-lanza basculaba hacia el ex-tremo de la cabeza. Mosso medía las diferencias de peso en gramos. Sin embargo, no podía calcular el volumen de sangre que se redistribuía por el cuerpo. D

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